Les cristaux et les quasi-cristaux

"Un ""cristal"" est un solide dont les atomes se répartissent de façon triplement périodique dans l'espace. A cette définition, datant du début du siècle, l'Union Internationale de Cristallographie (IUCr) a ajouté en 1991, celle de ""cristal apériodique"", solide sans périodicité tri-dimensionnelle mais présentant un spectre de diffraction essentiellement discret. Ce sont les phases incommensurables, dont le premier exemple fut découvert en 1936 par Jonhson et Linde, et les quasicristaux découverts en 1982 par Dany Scechtman. Ces nouveaux venus ont bouleversé le paysage de la cristallographie conduisant à la quasicristallographie. La cristallographie s'appuie sur la notion de symétrie c'est-à-dire d'invariance. Celle-ci se rencontre en physique dans de multiples contextes. De la simple invariance géométrique de superposition d'un objet sur lui-même à la définition des grandeurs premières d'un système mécanique ou celle de la forme d'une équation d'état, la symétrie est la traduction rationnelle des redondances de la nature qui en permet une description minimale, nécessaire nulle part mais utile partout. La cristallographie utilise l'expression la plus élémentaire de la symétrie, celle immédiatement visuelle de la géométrie dont les éléments sont les isométries de l'espace euclidien, l'inversion, la rotation, la réflexion dans un miroir, auxquelles s'ajoute, un cristal idéal étant supposé infini, la translation dans l'espace. Déplacer le cristal d'un nombre entier de fois l'une quelconque de ses périodes revient à le superposer exactement ; c'est une opération d'invariance.

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Les matériaux biomimétiques

La démarche biomimétique ne date pas d'hier. Que l'on pense à la Chauve-Souris, premier prototype de Clément Ader ! Pour être fructueuse, elle doit passer par une compréhension complète - et critique - du fonctionnement de la structure dont on souhaite s'inspirer. Pourquoi la nature a-t-elle privilégié cette solution là pour résoudre ce problème ci, compte tenu des moyens à sa disposition : matières premières, conditions de température et de pression dans l'environnement, … ? Dans le domaine des matériaux, répondre à cette question requiert une caractérisation en profondeur de la structure du matériau considéré. Cette caractérisation doit en général se faire à de nombreuses échelles, du macroscopique au nanométrique. En effet, les matériaux du monde vivant proposent de magnifiques exemples de structures hiérarchiques et sont souvent des nanomatériaux représentatifs. On peut décomposer la démarche biomimétique en trois étapes : 1) l'identification : repérage d'un matériau du vivant présentant une propriété intéressante, 2) la compréhension : sur la base de la connaissance de la structure, comment la propriété en question s'exprime t-elle ? 3) le contretypage, en utilisant des moyens qui sont en général différents des moyens naturels. En effet, les chimistes possèdent des recettes bien plus variées, souvent plus efficientes, que les voies de synthèse naturelles. A titre d'exemple, on verra pourquoi les feuilles de nénuphar servent de modèle à des nouveaux vitrages qui préservent la vision sous la pluie, comment la structure des ailes de papillons inspirent les concepteurs de matériaux aux couleurs chatoyantes, et en quoi les coquilles de mollusques ou de noix fournissent des pistes pour la recherche de matériaux composites très résistants sur le plan mécanique.

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 L'étude de la matière à toutes les échelles

L' étude de la matière à toutes les échelles est un sujet très vaste qui nécessiterait plusieurs cours. Aussi, nous limiterons notre propos en tentant de répondre à la question : " Un même assemblage d'éléments organiques ou inorganiques peut-il exister à différentes échelles et qu'elles sont leurs propriétés spécifiques ? " Dans ce dessein, nous choisirons une même entité différant par le nombre d'atomes qui la constitue et nous chercherons à montrer que ses propriétés physiques ou catalytiques changent en fonction de leur dimension. Dans un second temps, nous associerons cette entité à elle-même afin de faire croître cet assemblage de quelques Angstrom au millimètre. Nous montrerons que, dans certains cas, l'organisation de ces entités induit l'apparition des propriétés spécifiques différant de l'élément isolé. Nous traiterons tout d'abord les matériaux inorganiques puis organiques.

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La chromatographie

La première partie de ce vidéogramme est consacrée à la présentation d'une introduction théorique aux principes et aux méthodes chromatographiques. Puis quatre séquences distinctes présentent des applications pratiques de la chromatographie :
- Chromatographie de partage,
- Chromatographie de filtration sur gel,
- Chromatographie d'échange d'ions,
- Chromatographie d'affinité.

Objectifs - Théorie et pratique des méthodes chromatographiques.

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